天然强氯盐渍土盐—冻胀性试验研究

那姝姝

0 引言

盐渍土地基的盐—冻胀一般分为两类:结晶盐—冻胀和非结晶盐—冻胀。结晶盐—冻胀是指盐渍土因温度的减小或盐渍土土体含水率的减小，使溶解在盐渍土孔隙中的盐溶液浓缩，并析出、结晶造成盐渍土土体体积膨胀，硫酸盐渍土具有这种代表性;非结晶盐—冻胀是因为亲水性比较强的吸附性阳离子在盐渍土中大量存在，大量阳离子遇水后和胶体颗粒之间互相作用，使黏土颗粒与胶体颗粒的周围产生较稳定的强结合水薄膜，导致颗粒间的粘聚力减小，颗粒间相互分离，造成土体体积膨胀，碳酸盐渍土具有这类代表性［1］。

盐渍土的盐—冻胀作用是盐渍土中硫酸钠的含量、黏土矿物含量、含水率、温度、土密实度等因素综合作用的结果［2］。自然条件下硫酸钠的存在形式受温度、含水率的影响较大，在土体温度或含水率变化时，同一盐渍土地层中硫酸钠的存在形式会相互转化。随着季节的交替，盐渍土温度或湿度的变化使盐渍土表现出不同的性质，引起建筑地基的膨胀与沉降建筑的开裂，道路开裂等危害。为了预防盐渍土对建筑物及道路产生的盐—冻胀破坏，研究盐渍土的盐—冻胀规律，有着非常重要的意义。

1 盐—冻胀性试验

试验选取天然强氯盐渍土为研究对象，考虑了不同含水率和不同干密度对盐渍土盐—冻胀力的影响，试验在不同含水率和不同干密度条件下进行。

1．1 试样制备

试验研究对象选取天然强氯盐渍土，取土深度约1．0 m～1．5m。盐渍土含盐量约6．0%，土的类型以粉土为主，属于细粒土，且粒径较均匀，由室内击实试验获得盐渍土的最大干密度约1．90 g/cm3，最优含水率约 13．0%。

试验采用室内试验，采用风干土样加无离子水，在室温充分拌匀后装入塑料袋密封(24 h)［3］。待试样水分充分均匀后，采用击实试验将土分三层直接击实到环刀中(击实过程中做到土样密度的均匀性)，击到试验所需的干密度。

1．2 试验方法

向试验仪器中依次放置透水石、塑料纸、护环、环刀、量力环、带孔有机玻璃板、百分表，使玻璃板与百分表良好接触(为避免试验装置在冰箱降温过程中结霜对试验造成大的误差，在量力环、带孔玻璃板的侧壁及百分表的推杆上薄薄的涂一层凡士林)。开始冻融循环试验［4，5］。

2 试验结果分析

2．1 不同初始含水率的土样，其累加盐—冻胀率随冻融循环次数变化的规律

在不同含水率下随冻融循环次数的增加，土样的累加盐—冻胀率的变化规律见图1～图3。从图中可知，随着冻融循环次数的递增，所有土样的累加盐—冻胀率都不断增大;冻融循环过程中，含水率为13%(即最优含水率)的土样累加盐—冻胀率最大。土样中的盐溶液处于孔隙中和土粒接触间，处于土粒接触间的盐溶液是产生盐—冻胀率的主要组成部分［5］。土样孔隙中的硫酸钠溶液随温度的降低硫酸钠吸水结晶，硫酸钠需吸收10个H2O由Na2SO4转变为Na2SO4·10H2O。Na2SO4变成Na2SO4·10H2O结晶体所需要的水分约为Na2SO4重量的1．27倍。含水率为10%的土样孔隙中的盐溶液浓度最大，含水率13%的土样次之，含水率16%的土样硫酸钠溶液浓度最小。由孔隙比公式我们知道，土样干密度相同时，孔隙比也相等，即孔隙体积相同。含水率为10%的土样水分含量最少，且硫酸钠溶液主要存在于孔隙中，生成的Na2SO4·10H2O大部分充填在孔隙中，土样体积膨胀量小，土样的盐—冻胀量小。由于含水率为16%的土样Na2SO4溶液浓度小，在前5次冻融循环过程中析出的Na2SO4·10H2O晶体最少，土样的盐—冻胀率最小。含水率为13%的土样硫酸钠溶液主要处于土粒接触间，温度降低过程中产生的硫酸钠结晶主要处于土粒接触间，土样盐—冻胀率大，所以随冻融次数的递增，含水率为13%的土样累加盐—冻胀率最高。

图1 干密度为1.46 g/cm3的土样变化曲线

图2 干密度为1.56 g/cm3的土样变化曲线

从图1～图3中还可以得出，含水率为10%的土样在前3次冻融循环时盐—冻胀量增长率较高，4次冻融循环后，盐—冻胀增量减小，盐—冻胀率增长速度减缓。这是因为前3次冻融循环过程中大部分水分子被硫酸钠吸收结晶，土样中仅剩余少部分水分，且随土样融化次数的增加土样含水率不断减小，所以在3次冻融循环之后产生的Na2SO4·10H2O逐渐减少，即盐—冻胀率增量降低。

图3 干密度为1.66 g/cm3的土样变化曲线

2．2 不同初始干密度的土样，其累加盐—冻胀率随冻融循环次数变化的规律

不同干密度土样的累加盐—冻胀率随冻融循环次数变化的规律见图4～图6，由图可以得到，不同含水率、不同干密度的土样经多次冻融循环作用，土样随冻融循环次数的递增，累加盐—冻胀量逐渐增大;相同含水率不同干密度的土样，累加盐—冻胀率相差很小。

图4 含水率为10%的土样变化曲线

图5 含水率为13%的土样变化曲线

图6 含水率为16%的土样变化曲线

土样在冻融循环试验时产生变形的过程可以分三个阶段，第一阶段——盐胀，由于温度的降低引起土样冷缩，土中的硫酸盐结晶体积膨胀，土样冷缩与体积膨胀的共同作用造成土样产生盐胀;第二阶段——盐—冻胀，由于温度降低水结冰，同时，土中的硫酸盐结晶体积膨胀造成土样产生盐—冻胀;第三阶段——融沉，随温度升高土样内Na2SO4·10H2O晶体溶解、冰融化造成土样体积减小，土样产生下沉。综上所述，土样冻融循环时在一、二阶段产生的体积膨胀，在第三阶段时土样体积均不能恢复为原土样体积［5］。也就是说，在每次冻融循环后土样体积都较上次大，随冻融循环次数的递增，土样体积递增即土样累加盐—冻胀量递增，但最终土样的累加盐—冻胀率趋于稳定。

土样中的盐溶液处于孔隙中和土粒接触间，处于土粒接触间的盐溶液是产生盐—冻胀量的主要组成部分。含水率较最优含水率小时，土样中的盐溶液主要处于孔隙间，冻融循环时产生的硫酸钠结晶主要处于孔隙间;含水率较最优含水率大时土样中的自由水和毛细水含量增多，处于孔隙间的Na2SO4含量多，冻融循环时在孔隙间的Na2SO4·10H2O结晶含量大;土样含水量为最优含水量时，土样中的盐溶液主要处于土粒接触间，冻融循环时在土粒接触间的Na2SO4·10H2O含量大。含水率相同的土样，硫酸钠结晶体所处位置相同，随干密度的增加，累加盐—冻胀率相差不大。含水率比干密度更能影响土样的盐—冻胀率，含水率为影响土样盐—冻胀率的主要因素。

3 结语

通过对强氯盐渍土进行冻融循环试验，可得到以下结论:

1)罗布泊强氯盐渍土在每次的冻融过程中随着温度的不断降低，土样的盐—冻胀率逐渐增大且渐趋于稳定。

2)相同干密度情况下，土样的含水率为最优含水率时，其累加盐—冻胀率达到峰值;当土样含水率较小时，土样的累加盐—冻胀率随含水率的增大而增加;当含水率超出土样的最优含水率后，随含水率的增大其累加盐—冻胀率减小。

3)含水率比干密度更能影响土样的盐—冻胀率，含水率为影响土样盐—冻胀率的主要因素。

［1］徐攸在．盐渍土地基［M］．北京:中国建筑工业出版社，1993:7-10．

［2］高江平．盐渍土工程与力学性质研究进展［J］．力学与实践，2011，33(4):1-7．

［3］雷华阳，张文殊，张喜发，等．超氯盐渍土的工程特性指标研究［J］．长春科技大学学报，2001，31(1):70-73．

［4］冯忠居，乌延玲，成 超，等．板块状盐渍土的盐溶和盐胀特性研究［J］．岩土工程学报，2010，32(9):1439-1442．

［5］王俊臣．新疆水磨河细土平原区硫酸(亚硫酸)盐渍土填土盐胀和冻胀研究［D］．吉林:吉林大学建设工程学院，2005:48-100．